Лекции по физике • Электричество и магнетизм Глава V

Глава V Электромагнитные явления

19. Электромагнитная индукция. Опыты, закон индукции Фарадея и правило Ленца. Самоиндукция и взаимоиндукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

20. Получение переменной ЭДС. Сопротивление, индуктивность и емкость и цепи переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Резонанс в последовательной и параллельной цепи. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор.

21. Электрический колебательный контур. Собственные колебания. Формула Томсона. Затухающие колебания. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс. Электрические автоколебания. Автогенератор на вакуумном триоде и биполярном транзисторе.

22. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Плоские электромагнитные волны в вакууме, скорость их распространения.

23. Излучение электромагнитных волн. Опыты Герца, вибратор Герца. Изобретение радиосвязи А. С. Поповым. Принцип радиосвязи и радиолокации.

19. Электромагнитная индукция. Опыты, закон индукции Фарадея и правило Ленца. Самоиндукция и взаимоиндукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля

19.1. Электромагнитная индукция

Изменяющееся магнитное поле вызывает появление ЭДС индукции Е_инд. Это явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией. Под влиянием ЭДС индукции в замкнутом проводнике возникает электрический ток.

Явление электромагнитной индукции

Оборудование:

1. Гальванометр от демонстрационного вольтметра.

2. Амперметр демонстрационный.

3. Магнит дугообразный.

4. Магнит прямой.

5. Трансформатор универсальный.

6. Реостат на 50 Ом.

7. Выключатель демонстрационный.

8. Штатив универсальный.

9. Батарея аккумуляторов.

10. Провода соединительные.

11. Ящик - подставка.

Рис. 19.1.

Рис. 19.2.

Рис. 19.3.

ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур.

- магнитный поток

В свою очередь, магнитный поток имеет две компоненты: потокосцепление  и поток рассеяния Ф_рас, т. е.

Ф =  + Ф_{рас ,} (19.3)

 - потокосцепление,

Ф_рас – поток рассеивания.

Потокосцепление  - это часть магнитного потока, пронизывающего объем проводника. Поток рассеяния Ф_рас – это часть магнитного потока, не связанного с проводником, а пронизывающего окружающее пространство.

Направление индукционного тока можно определить по правилу Ленца, которое гласит, что индукционный ток всегда препятствует причине, его порождающей.

Правило Ленца

Оборудование:

1. Прибор для демонстрации правила Ленца.

2. Магнит прямой.

Рис. 19.4.

Поясним правило Ленца на следующей модели.

Пусть имеется два контура, по одному из которых течет ток i₁.

Рис. 19.6.

При приближении первого контура ко второму, индукция поля в области второго контура увеличивается, поэтому магнитного поля , связанного с индукционным током i₂, должно быть таково, чтобы препятствовать этому увеличению, т. е. , отсюда определим направление i₂ (рис. 19.7,а,б).

Рис. 19.7,а,б.

В электромагнетизме для характеристики свойств проводника возбуждать вокруг себя то или иное магнитное поле вводится понятие индуктивности проводника (в некотором смысле это аналогично введению понятия электроемкости в электростатике).

– индуктивность проводника.

Индуктивностью называется физическая величина, которая численно равна потоку сцепления при силе тока в проводнике в 1 ампер.

Итак,

Вычислим индуктивность соленоида. Возьмем соленоид такой длины, чтобы его можно было практически считать бесконечным. При протекании по нему тока I внутри соленоида возбуждается однородное поле, индукция которого равна . Поток через каждый из витков равен =BS, а полный магнитный поток, сцепленный с соленоидом,

где l – длина соленоида (которая предполагается очень большой), S – площадь поперечного сечения, n – число витков на единицу длины (произведение nl дает полное число витков N).

Итак, для индуктивности очень длинного соленоида имеем

где V=lS – объем соленоида.